永磁無刷直流馬達無感測磁場導向控制 洪琮閔、陳盛基
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摘 要
本文探討使用Microchip dsPIC? DSC 系統對永磁直流無刷馬達（Permanent Magnet Brushless DC Motor，BLDC）進行無感 測器磁場導向 (Field Oriental Control，FOC) 的演算控制法。控制核心採用dsPIC 33FJ32MC204，進行了包含開閉迴路，相 位超前，無感測及無感測磁場導向實驗。運用新一代數位信號控制器（Digital Signal Controller，DSC），並使用資料監視 和控制畫面（Data Monitor and Control Interface，DMCI）作為馬達控制介面。文中先對受控馬達進行有限元素分析及反 電動勢量測，了解馬達之特性，無感測控制是以反電動勢估算轉子之位置，利於正確換相，使馬達運轉。磁場導向控制法 瞭解三相馬達向量控制之座標轉換原理，依控制迴路計算轉換角，透過 PI 控制器輸出變量轉換至靜止參考座標，經計算 後可得三相電壓值藉此求出新的 PWM (Pulse-width modulation) 佔空比所需之電壓向量。文中規劃了五種實驗，並依據實驗 數據進行討論。
關鍵詞 : 永磁無刷馬達、無感測、座標轉換、磁場導向控制 目錄
封面內頁 簽名頁 中文摘要．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．iii 英文摘要．．．．．．．．．．．．
．．．．．．．．．．．iv 誌謝．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．v 目錄．．．．．．．．．．
．．．．．．．．．．．．．．．．vi 圖目錄．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．ix 表目錄．．．．
．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．xiii 符號說明．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．xiv 第一 章 緒論．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．1 1.1 前言．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．1 1.2 研究方法．．．．．．．．．．．．．．．．．．2 1.3文獻回顧．．．．．．．．．．．．．．．．．．．2 第二章 馬 達磁路分析．．．．．．．．．．．．．．．．．．7 2.1 馬達規格與尺寸．．．．．．．．．．．．．．．7 2.2 馬達有 限元素分析．．．．．．．．．．．．．．11 2.3 馬達反電動勢波形量測．．．．．．．．．．．．19 第三章 直流無刷 馬達無感測控制策略．．．．．．．．．．．26 3.1六步梯形換相．．．．．．．．．．．．．．．．27 3.2 BEMF檢測法
．．．．．．．．．．．．．．．．28 3.3 所選用的BEMF檢測法．．．．．．．．．．．．30 3.4 BEMF過零信號檢測法
．．．．．．．．．．．．32 3.5 控制迴路．．．．．．．．．．．．．．．．．．33 3.5.1 開迴路模式．．．．．．．．
．．．．．34 3.5.2 閉迴路模式．．．．．．．．．．．．．34 第四章 無感測器磁場導向控制．．．．．．．．．．．
．．．36 4.1 系統概述．．．．．．．．．．．．．．．．．36 4.2 磁場導向控制．．．．．．．．．．．．．．．37 4.3 向量控制綜述．．．．．．．．．．．．．．．38 4.4 座標變換．．．．．．．．．．．．．．．．．39 4.4.1 Clarke變換
．．．．．．．．．．．．．．40 4.4.2 Park變換．．．．．．．．．．．．．．40 4.4.1 Park逆變換．．．．．．．．．
．．．．41 4.4.2 Clarke逆變換．．．．．．．．．．．．．42 4.5 PI控制．．．．．．．．．．．．．．．．．43 4.6空 間向量調變(SVM)．．．．．．．．．．．．44 4.7 BLDC的無感測器FOC．．．．．．．．．．．47 4.7.1 馬達模型．．
．．．．．．．．．．．．48 4.7.2反電動勢估算．．．．．．．．．．．．50 4.7.3反電動勢與轉子位置關係．．．．．
．．50 第五章 驅動器及控制實驗．．．．．．．．．．．．．．．．52 5.1 dsPIC控制實驗板．．．．．．．．．．．
．．52 5.1.1 實驗板連接器與跳線介紹．．．．．．．53 5.2 DMCI資料監視和控制介面設置．．．．．．．57 5.3開迴路 控制．．．．．．．．．．．．．．．．62 5.4閉迴路控制實驗．．．．．．．．．．．．．．69 5.5直流無刷馬達相位超 前實驗．．．．．．．．73 5.6直流無刷馬達無感測控制實驗．．．．．．．．79 5.7直流無刷馬達無感測控制實驗．．．
．．．．．89 5.7.1主要軟體狀態．．．．．．．．．．．．90 第六章 結論．．．．．．．．．．．．．．．．．．．
．．．93 參考文獻．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．94 附錄．．．．．．．．．．．．．．．．．
．．．．．．．．．97 參考文獻
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